基于Zinc的雷達顯控軟件系統設計

周 蕓

（船舶重工集團公司723所，揚州225001）

0 引 言

在雷達數據處理系統中，顯控終端承擔著雷達數據錄取、目標顯示、人機交互、控制雷達工作、對外接口通訊等多項任務，是整個系統的控制處理中心。隨著現代雷達技術的迅速發展，對雷達顯控終端的實時性、任務異步性提出了更高的要求。VxWorks操作系統因其多任務、強實時、可裁減、高可靠性等諸多獨特優勢而在實時顯控設備這一信息吞吐量大、計算解算頻繁、實時性要求高的平臺上獲得了開發者和設備使用者的廣泛認可，但其圖形界面顯示相對薄弱，較普遍的用法是采用風河公司提供的WindML媒體庫，其圖形功能使用用戶圖形庫（UGL）組件，代碼繁瑣，效率較低，開發高質量圖形界面相當困難[1]。

Zinc是運行在VxWorks上的圖形用戶接口工具（GUI），它類似在Windows下使用VB可視化編程一樣，用戶可以實現“拖－放”式的“所見即所得”的圖形界面設計，把設計者從大量編碼的圖形界面開發中解放出來，最大地簡化了界面開發過程，而顯控軟件復雜的多任務實時并發處理則由VxWorks操作系統得到保證。Zinc的開發及運行環境如圖1所示。

圖1 Zinc開發及運行環境示意圖

1 Zinc運行機制

Zinc的應用程序是在基于事件驅動（Eventdriven）的機制下運行的。輸入設備和應用程序之間是通過事件相互作用的。Zinc的事件有3種來源：操作系統本身、外部設備和用戶應用程序。例如鍵盤輸入就是一個典型的外部設備輸入事件。在Zinc應用程序運行過程中，事件管理器以輪詢的方式接收類似鍵盤、鼠標等外部設備以中斷驅動方式發出的數據信息，然后把這些信息對應的事件匯集起來，放進內部的事件隊列等待下一步的處理。

在Zinc應用中，ZafApplication：：Control（）函數是主要的控制環，它通過調用ZafWindowManager：：Get（）例程從事件管理器中得到事件，并且在應用終止之前不斷地把它們送到窗口管理器中。當事件傳遞到窗口管理器時，窗口管理器就會決定事件的最終目的地和正確路由，并正確地分派它們到相應的作用對象。首先，Event（）方法調用最終的繼承類，這個類可能是Zinc庫中的類，或者是用戶自定義的繼承類，如果這個最終繼承類并不處理事件，這個事件就會傳遞到其基類的Event（）方法，這個處理可能一直進行到找到最終的基類ZafWindowObject，此基類收到事件，要么處理它，要么把它交給操作系統對象進行處理，如圖2所示。

圖2 Zinc的運行機制

2 Zinc工程開發

2.1 實例

某雷達顯控終端界面是用Zinc設計實現的，終端界面上的元素復雜，但設計方法步驟相同，下面通過簡單的示例來介紹Zinc的開發過程。這個例子創建1個串口接收窗口，在這個窗口中可以設置接收端口、波特率、控制位等，并且在對話框中顯示接收到的數據，如圖3所示。

圖3 Zinc創建的串口接收窗口

設計步驟如下：

（1）步驟1：利用Zinc Designer設計窗口，生成.znc文件。

（2）步驟2：編輯視窗對象，設置對象屬性。

在編輯窗口上，有1排Zinc對象工具欄，用戶首先須選擇一個窗口并放置，再在窗口上放置按鈕或菜單等其他對象。以“設置串口”按鈕為例，按下這個按扭后，將發送1個用戶應用程序事件（自定義EVENT＿CUSTOM＿SET＿PORT），用戶可選擇串口位置、波特率等信息來配置串口。設置這個按鈕屬性時，在“Send message”項的下拉菜單中選擇“True”，在“Send message value”項中輸入“10 005”（這是1個用戶應用程序事件，其值應大于10 000），在“Send message text”項中輸入“EVENT＿CUSTOM＿SET＿PORT”。當應用程序運行后，用戶點擊這個按扭時就會向內部事件隊列發送1個EVENT＿CUSTOM＿SET＿PORT事件，經過窗口管理器的路由后，按照“設置串口”的Event（）方法來實現串口設置。

（3）步驟3：生成源代碼。

視窗對象編輯完成并保存example.znc文件后，選擇“Generate Code”，它的任務是生成example.cpp文件、example.hpp文件和example.inc文件。用戶在example.cpp文件中編寫代碼。example.inc是1個數據結構文件，存放了用戶的數據列表、對象列表、用戶函數列表等結構信息。

（4）步驟4：運行應用程序。

在Tornado下生成一個Download型工程，加載上面生成的3個文件，然后加入1個通用程序的入口文件v＿app.cpp，編譯后下載到目標機。程序在開始運行時，會尋找example.znc資源文件，事先必須把它存放在VxWorks的同一目錄下。

3 顯控軟件設計

根據某工程對顯控設備的具體要求，本應用軟件采用模塊化設計思想，劃分為以下幾個功能模塊：任務管理模塊、初始化模塊、人機交互模塊、圖形顯示模塊、通訊模塊、數據處理維護模塊，而每個功能模塊由一個或多個任務組成。人機界面布局上分為雙頁顯示，主頁面是雷達的PPI顯示，雷達工作模式及參數信息顯示，次頁面顯示雷達各分機的工作參數和自檢信息。設計框圖如圖4。

圖4 顯控軟件設計架構

3.1 設計難點1

設計中的難點1是非GUI任務與GUI任務之間的通訊

對于顯控軟件來說，雙屏顯示任務稱為GUI任務，與圖形繪制相關的操作都在這個任務中完成，而所有其他的任務稱為非GUI任務。非GUI任務需要在不同的時期和GUI任務通信，而非GUI任務與GUI任務之間的通信方式將對整個軟件系統的實時性、可靠性和穩定性產生影響。

Zinc主要提供了如下幾種通信機制供程序員選擇使用：Zinc入口點、共享內存、OS消息隊列。

（1）Zinc入口點對Zinc來說，主要的通信入口函數是ZafEventManager：：Put（），通過它可以把事件放到事件隊列上，此方法屬于異步方法。

（2）共享內存在VxWorks中，共享內存是容易實現的。為了安全地共享內存，最好給共享的內存分配1個信號量，這樣就能防止共享內存被同時多次修改。共享內存的使用并不要求線程安全，但是對Zinc卻是要求的，否則當1個窗口對象的成員指向共享內存時，1個異常就會發生。

（3）OS消息隊列可以在Zinc中創建OS消息隊列，利用消息隊列實現從GUI任務到非GUI任務的通信，或者是從非GUI任務到GUI任務的通信，但不允許同時進行2個方向上的通信。

在顯控軟件中使用的是Zinc入口點方式。網絡接收任務（非GUI任務）接收來自雷達內各分系統的資源數據，利用ZafEvenManager：：Put（）函數將其存放到事件隊列中，GUI任務利用ZafApplication：：Control（）循環讀取事件隊列，進而窗口管理器決定事件的最終目的地和合適的路由并將其發送。

非GUI任務與GUI任務之間通信的實現主要包括如下幾個方面：

（a）用戶事件的定義

Zinc中的事件共分為7類，其中用戶事件的取值范圍為10 000～32 767。在顯控軟件系統中定義“刷新數據”用戶事件為：

const ZafEventType EVENT＿CUSTOM＿SETTEXT＝10011；

其中ZafEventType為Zinc事件類型。

（b）數據打包并發送用戶事件

char＊text＝ “hello”；／／要刷新的文本“hello”

ZafEventStruct event（EVENT＿CUSTOM＿SETTEXT）； ／／創建“刷新文本”事件

event.route＝pMainWin；／／事件路由的目標窗口

event.SetVoidData（text）；／／數據打包到事件中

zafApplication-＞EventManager（）-＞Put（event）；／／發送事件

（c）用戶事件的處理

ZafEventType MainWin：：Event（const ZafE-ventStruct ＆event）

｛

char＊tmpText；

／／判斷是否是用戶事件EVENT＿CUSTOM＿SETTEXT

if（event.type＝＝ EVENT＿CUSTOM＿SETTEXT）

｛

tmpText＝ （char＊）event.VoidData（）；

ProcessText（tmpText）；／／事件處理函數

｝

else

｛

／＊處理其他事件＊／

｝

｝

這樣類似操作就能使界面的控件“活”起來。

3.2 設計難點2

設計中的難點2是多頁顯示技術。在人機界面上有時需要多頁可切換的頁面以增加顯示信息容量，用Zinc設計顯控界面時，在界面框架布局上設計合理就可以實現這項技術。

將應用程序對應的根窗口設計為主窗口（R），而顯控界面的每個頁面設計為子窗口（M，F），在子窗口上又可以添加各種類型的子子窗口（M1，M2，M3，…，F1，F2，F3，…），如圖5所示。

圖5 多窗口層次關系

這樣在用Zinc Designer進行界面設計時初始化將子窗口M的屬性設置為顯示，子窗口F設置為隱藏，子子窗口 M1，M2，…，F1，F2，…的可視屬性和其父窗口相同，這樣在接收到外部的換頁指令后，可以通過子窗口（M或F）的指針來調用SetVisible函數（參數true或false），可實現頁面的顯示或隱藏。

4 Zinc Designer與編寫代碼相結合設計界面

在Zinc中可以利用Zinc Designer來設計圖形用戶界面，實際上也可以直接寫代碼來繪制圖形。就修改而言，窗口上的控件如果較多且較規則，用Zinc Designer設計時修改很方便。但要繪制一些不規則的復雜圖形（如PPI顯示）時當然要通過寫代碼來實現。實際應用中，最好將2種方法結合起來使用。

設計界面的步驟主要有：

（1）用Zinc Designer設計好界面，并產生代碼。

（2）對界面上的對象根據需要定義相應的類，并對其中的成員函數編寫代碼。

另外，在Tornado安裝目錄下的＼target＼src＼zinc＼demos子目錄中有Zinc提供的2種用法的例子，只要對其深入研究，定會開發出高質量的程序。

5 結束語

總之，Zinc是基于VxWorks強大的GUI開發工具。Zinc的類庫及編程方法與MFC十分類似，有過MFC編程經驗的人一定體會過MFC為Windows編程帶來的方便，而Zinc堪稱VxWorks上的MFC[2]。利用Zinc已經成功實現了在某型雷達終端上的圖形界面設計，系統運行穩定且性能良好。

[1]孔祥營，柏桂枝.嵌入式實時操作系統VxWorks及其開發環境Tornado[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2]侯俊杰.深入淺出MFC[M].武漢：華中科技大學出版社，2007.